专利名称：垂直机电存储器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种机电存储器件及其制造方法。
背景技术：
半导体存储器件包括用于存储电子信息的存储单元(memory cell )。由于 即使当电源不工作或去除电源时非易失性存储器件的相关存储单元仍可以保 持信息，因此非易失性存储器件被广泛地使用。这个特征使得非易失性存储 器件在便携型电子产品的使用中备受关注。随着追求更高的集成度的连续趋 势，高密度布局、低功率操作和高操作速度成为这类器件的共同考虑的因素。被称作闪存的一种类型的非易失性器件由于其制造成本相对低且操作需 要的功率低而变得普及；然而，公知的是，闪存通常操作速度低、数据保持 的可靠性差并且寿命相对短。此外，这类器件是基于传统的晶体管的操作， 随着进一步集成的压力，闪存随着重复的程序"寮除循环逐渐遭受短沟道效 应、且击穿电压降低、栅极结点(gatejunction)的可靠性降低。此外，随着 晶体管尺寸的减小，单元之间干扰的可能性增加，这对于性能和可靠性会产 生更不利的作用
发明内容
本发明的实施例提供解决和消除传统器件的上述限制的机电存储器件及 其制造方法。具体地讲，本发明的实施例提供了实现在其它特征中的高密度 存储、低电压编程和擦除电压、高速操作、增强的数据保持、高长期耐久性 的机电存储器件及这类器件的形成方法。本发明的实施例可应用于非易失性 存储器件模式和易失性存储器件模式。在第一方面，存储器件包括基底；第一电极，在相对于基底的垂直方 向上延伸；第二电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电极通过电极 间隙与第一电极分隔开；第三电极，在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三 电极通过第 一间隙与第 一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分 隔开，第三电极可弹性变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲 位置与第一电极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电才及电连接， 在静止位置与第 一 电极和第二电极隔离。在一个实施例中，第一电极和第二电极沿第一方向通过电极间隙彼此分 隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与第一电极和第二电极相邻 的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。在另一实施例中，第一电极与器件的第一字线连接，其中，第二电极与 器件的第二字线连接，其中，第三电极与器件的位线连接。在另一实施例中，第一字线包括器件的写字线，其中，第二字线包括器 件的读字线。在另一实施例中，第三电极包括弹性可变形材料。在另一实施例中，第三电极包括从由金、银、铜、铝、鴒、TiN、导电金 属组成的组中选择的至少 一种材料。在另一实施例中，第一电极和第二电极均包括导体，其中，存储器件包 括易失性存储器件。在另 一实施例中，存储器件还包括基底和第一电极之间的电荷捕获结构， 其中，存储器件包括非易失性存储器件。在另一实施例中，在第一弯曲位置，第三电极与第一电极的电荷捕获结 构容性耦合。在另一实施例中，电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物(ONO) 结构和氧化物-氮化物-氧化铝(ONA)结构组成的组中选择的结构。 在另一实施例中，第一电极包括写电极，其中，第二电极包4舌读电极， 其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三电极之间施加第一电压 电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位置中的 一个。在另 一 实施例中，在导致第三电极位于与写电极接触的弯曲位置的存储 器件的第一状态的写操作的过程中，响应在写电极和第三电极之间的第一电 压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其中，当去除写电极和 第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电荷捕获结构中捕获了电 荷，所以第三电极保持在弯曲位置。在另一实施例中，在处于第一状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的第 一 状态。在另一实施例中，在导致第三电极位于静止位置的存储器装置的第二状 态的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极在静 止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。在另一实施例中，在处于第二状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。在另一方面，形成存储器件的方法包括提供在相对于基底的垂直方向 上延伸的第一电极；提供在相对于基底的垂直方向上延伸的第二电极，第二 电极通过电极间隙与第 一 电极分隔开；提供在电极间隙中沿着垂直放向延伸 的第三电极，第三电极通过第一间隙与第一电才及分隔开，第三电才及通过第二 间隙与第二电极分隔开，第三电极可弹性地变形，使得第三电极偏斜以穿过 第一间隙在第一弯曲位置与第一电极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置 与第二电极电连接，在静止位置与第一电极和第二电极隔离。在一个实施例中，第一电极和第二电极沿第一方向通过电才及间隙彼此分 隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与第一电极和第二电极相邻 的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。在另 一实施例中，所述方法还包括将第 一电极与器件的第 一字线连接， 将第二电极与器件的第二字线连接，将第三电极与器件的位线连接。在另一实施例中，第一字线包括器件的写字线，其中，第二字线包括器
件的读字线。在另一实施例中，第三电极包括弹性可变形材料。在另一实施例中，第三电极包括从由金、4艮、铜、铝、鴒、TiN、导电金属组成的组中选4%的至少 一种材料。在另一实施例中，第一电极和第二电极均包括导体，其中，存储器件包 括易失性存储器件。在另一实施例中，所述的方法还包括在基底和第一电极之间提供电荷捕 获结构，其中，存储器件包括非易失性存储器件。在另一实施例中，在第一弯曲位置，第三电极与第一电极的电荷捕获结 构容性耦合。在另一实施例中，电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物(ONO) 结构和氧化物-氮-氧化铝(ONA)结构组成的组中选才奪的结构。在另一实施例中，第一电极包括写电极，其中，第二电极包4舌读电极， 其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三电极之间施加第一电压 电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位置中的一个。在另 一实施例中，在导致第三电极位于与写电极接触的弯曲位置的存储 器件的第一状态的写操作的过程中，响应在写电极和第三电极之间的第一电 压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其中，当去除写电极和 第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电荷捕获结构中捕获了电 荷，所以第三电极保持在弯曲位置。在另一实施例中，在处于第一状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的第 一状态。在另一实施例中，在导致第三电极位于静止位置的存储装置的第二状态 的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极在静止 位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时， 第三电极保持在静止位置。在另一实施例中，在处于第二状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。在另一方面，形成存储器件的方法包括在基底上设置第一电极和第二
电极，第一电极和第二电极通过间隙分隔开；在间隙中设置牺4生层；在间隙 中的牺牲层上设置第三电极，第三电极通过牺牲层与第一电极和第二电极分 隔开；去除牺牲层，以形成第三电极和第一电极之间的第一间隙，并形成在 第三电极和第二电极之间的第二间隙。在一个实施例中，第三电极可弹性变形，使得第三电极偏名牛以穿过第一 间隙在第一弯曲位置与第一电极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第 二电极电连接，在静止位置与第一电极和第二电极隔离。在另 一实施例中，所述方法还包括在基底和第一电极之间设置电荷捕获 结构，其中，存储器件包括非易失性存储器件。在另一实施例中，在第一弯曲位置，第三电极与第一电极的电荷捕获结 构容性耦合。在另一实施例中，电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧^f匕物结构和氧 化物-氮化物-氧化铝结构组成的组中选择的结构。在另一实施例中，第一电极包括写电极，其中，第二电极包括读电极， 其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三电极之间施加第一电压 电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位置中的一个。在另 一 实施例中，在导致第三电极位于与写电极接触的弯曲位置的存储 器件的第一状态的写操作的过程中，响应在写电极和第三电极之间的第一电 压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其中，当去除写电极和 第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电荷捕获结构中捕获了电 荷，所以第三电极保持在弯曲位置。在另一实施例中，在处于第一状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的第 一 状态。在另 一实施例中，在导致第三电极位于静止位置的存储装置的第二状态 的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时， 第三电极保持在静止位置。在另一实施例中，在处于第二状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。
在另 一 实施例中，所述方法还包括将第 一 电极与器件的第 一字线连接， 将第二电极与器件的第二字线连接，将第三电极与器件的位线连4妻。在另一实施例中，第一字线包括器件的写字线，其中，第二字线包括器 件的读字线。在另一实施例中，第三电极包括弹性可变形材料。在另一实施例中，第三电极包括从由金、4艮、铜、铝、钨、TiN、导电金 属组成的组中选择的至少 一种材料。在另一实施例中，第一电极和第二电极均包括导体，其中，存储器件包 括易失性存储器件。在另一实施例中，在基底上设置第一电极和第二电极的步骤包括在基 底上设置电极层；在基底上设置与第一电极层相邻的介电层；在第一电极层 中设置第一开口，以形成通过间隙彼此隔开的第一电极和第二电才及，其中， 第三电极由介电层支撑。在另一实施例中，在间隙中设置牺牲层减小了间隙的宽度，其中，在间 隙中的牺牲层上设置第三电极提供了在宽度减小的开口中的第三电极，使得 当去除牺牲层时，第三电极分别通过第 一 间隙和第二间隙与第 一 电极和第二 电极分隔开。在另一方面，堆叠的存储器件包括第一器件层，包括晶体管器件的阵 列；第二器件层，包括存储器件的阵列，第一器件层和第二器件层相对于彼 此垂直地布置，其中，第一阵列的存储器件均包括第一电极、第二电极和第 三电极，其中，第一电极在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电极在相对 于基底的垂直方向上延伸，第二电极通过电极间隙与第一电极分隔开，第三 电极在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三电极通过第 一 间隙与第 一 电极分 隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分隔开，第三电极可弹性变形，使 得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电极电连4妻，穿过第 二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连接，并在静止位置与第一电极和第二 电极隔离。在一个实施例中，在每个存储器件中，第一电极和第二电才及沿第一方向 通过电极间隙彼此分隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与第一 电极和第二电极相邻的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。在另一实施例中，在每个存储器件中，第一电极与器件的第一字线连接， 其中，第二电极与器件的第二字线连接，其中，第三电极与器件的位线连接。在另一实施例中，在每个存储器件中，第一字线包括器件的写字线，其 中，第二字线包括器件的读字线。在另一实施例中，在每个存储器件中，第三电极包括弹性可变形材料。在另一实施例中，在每个存储器件中，第三电极包括从由金、银、铜、 铝、鴒、TiN、导电金属组成的组中选择的至少一种材料。在另一实施例中，在每个存储器件中，第一电极和第二电极均包括导体， 其中，存储单元包括易失性存储器件。在另 一实施例中，每个存储单元还包括在基底和第一电极之间的电荷捕 获结构，其中，存储单元均包括非易失性存储器件。在另一实施例中，在每个存储单元中，在第一弯曲位置，第三电极与第 一电极的电荷捕获结构容性耦合。在另一实施例中，在每个存储单元中，电荷捕获结构包括,人由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构和氧化物-氮化物-氧化铝(ONA)结构组成的组中选择的结构。在另一实施例中，在每个存储单元中，第一电极包括写电才及，其中，第 二电极包括读电极，其中，在存储器件的写操作中，通过在写电才及和第三电 极之间施加第一电压电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位 置中的一个。在另一实施例中，在每个存储单元中，在导致第三电极位于与写电极接 触的弯曲位置的存储器件的第一状态的写操作的过程中，响应在写电极和第 三电极之间的第一电压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电才及接触，其 中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电荷 捕获结构中捕获了电荷，所以第三电极保持在弯曲位置。在另一实施例中，在每个存储单元中，在处于第一状态的存^f诸器件的读 操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第 二电压电势，读操作导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的 第一状态。在另一实施例中，在每个存储单元中，在导致第三电极位于静止位置的 存储装置的第二状态的写操作中，响应写电^l和第三电极之间的第 一电压电 势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之
间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。在另一实施例中，在每个存储单元中，在处于第二状态的存4诸器件的读 操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第 二电压电势，读操作导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第 二状态。在另 一实施例中，阵列中的存储单元是非易失性存储单元。 在另 一实施例中，阵列中的存储单元是易失性存储单元。在另一方面，非易失性存储器件包括基底；第一电荷捕获结构，在基 底上；第一电极，在第一电荷捕获结构上，在相对于基底的垂直方向上延伸； 第二电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电极通过电才及间隙与第一 电极分隔开；第三电极，在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三电极通过第 一间隙与第一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电才及分隔开，第三 电极可弹性变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一 电极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连4妻，并在静止位 置与第一电极和第二电极隔离。在另一实施例中，第一电极和第二电极沿第一方向通过电才及间隙彼此分 隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与第一电极和第二电极相邻 的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。在另一实施例中，第一电极与器件的第一字线连接，其中，第二电极与 器件的第二字线连接，其中，第三电极与器件的位线连接。在另一实施例中，第一字线包括器件的写字线，其中，第二字线包括器 件的读字线。在另一实施例中，第三电极包括弹性可变形材料。在另一实施例中，第三电极包括从由金、银、铜、铝、鴒、TiN、导电金 属组成的组中选择的至少 一种材料。在另一实施例中，第一电极和第二电极均包括导体。在另 一实施例中，所述器件还包括基底和第二电极之间的第二电荷捕获结构。在另一实施例中，在第一弯曲位置，第三电极与第一电荷捕获结构容性耦合。在另一实施例中，第一电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物(ONO)结构和氧化物-氮化物-氧化铝(ONA)结构组成的组中选择的结构。
在另一实施例中，第一电极包括写电极，其中，第二电极包括读电极， 其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三电极之间施加第一电压 电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位置中的一个。在另一实施例中，在导致第三电极位于与写电极接触的弯曲位置的存储 器件的第一状态的写操作的过程中，响应在写电极和第三电极之间的第一电 压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其中，当去除写电极和 第三电极之间的第 一电压电势时，由于在写电极的电荷捕获结构中捕获了电 荷，所以第三电极保持在弯曲位置。
在另一实施例中，在处于第一状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的第 一状态。
在另一实施例中，在导致第三电极位于静止位置的存储装置的笫二状态 的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时， 第三电极保持在静止位置。
在另一实施例中，在处于第二状态的存储器件的读操作中，在第三电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第二电压电势，读操作 导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。
在另一方面，存储器包括多个存储器件，每个存储器件包括写电极、 读电极和过渡电极，其中，写电极在相对于基底的垂直方向上延伸，读电极 在相对于基底的垂直方向上延伸，读电极通过电极间隙与写电极分隔开，过 渡电极在电极间隙中沿着垂直方向延伸，过渡电极通过第 一 间隙与写电极分 隔开，过渡电极通过第二间隙与读电极分隔开，过渡电极可弹性变形，使得 过渡电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与写电极电连接，穿过第二间 隙在第二弯曲位置与读电极电连接，在静止位置与写电极和读电^=及隔离，其 中，多个存储器件在行方向上沿着多行且在列方向上沿着多列布置成阵列； 多条位线，在列方向上延伸，同一列的存储器件的过渡电极连接到同一条位 线；多条写字线，在行方向上延伸，同一行的存储器件的写电极连接到同一条写字线；多条读字线，在行方向上延伸，同一行的件的读电极连接到同一条读字线。 在一个实施例中，写电极和读电极沿第一方向通过电极间隙彼此分隔开， 并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与写电极和读电极相邻的介电层， 其中，过渡电极由介电层支撑。在另一实施例中，过渡电极包括弹性可变形材料。在另一实施例中，过渡电极包括从由金、银、铜、铝、钨、TiN、导电金 属组成的組中选"t奪的至少 一种材料。在另一实施例中，写电极和读电极均包括导体，其中，存储器件包括易 失性存储器件。在另 一实施例中，存储器件还包括基底和写电极之间的电荷捕获结构， 其中，存储器件包括非易失性存储器件。在另一实施例中，在第一弯曲位置，过渡电极与写电极的电荷捕获结构容性耦合。在另一实施例中，电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物(ONO) 结构和氧化物-氮化物-氧化铝(ONA)结构组成的组中选4奪的结构。在另一实施例中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和过渡电极之 间施加第一电压电势，过度电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位置中 的一个。在另 一 实施例中，在导致过渡电极位于与写电极接触的弯曲位置的存储 器件的第一状态的写操作的过程中，响应在写电极和过渡电极之间的第一电 压电势，过渡电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其中，当去除写电极和 过渡电极之间的第 一电压电势时，由于在写电极的电荷捕获结构中捕获了电 荷，所以过渡电极保持在弯曲位置。在另一实施例中，在处于第一状态的存储器件的读操作中，在过渡电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第二电压电势，读操作 导致确定过渡电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的第 一状态。在另一实施例中，在导致过渡电极位于静止位置的存储装置的第二状态 的写操作中，响应写电极和过渡电极之间的第一电压电势，过渡电极在静止 位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和过渡电极之间的第一电压电势时， 过渡电极保持在静止位置。在另一实施例中，在处于第二状态的存储器件的读操作中，在过渡电极 和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第二电压电势，读操作
导致确定过渡电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。
本发明实施例的上述和其它目标、特征和优点将从如在附图中所示出的本 发明的优选实施例的更具体的描述中清楚，在附图部分，在不同的视图中， 相同的标号表示相同的部分。附图不必要按比例，而是重点放在示出本发明的原理。在附图中interaction)的传统类型的存储器件的示例性实施例的剖视图； 图2是根据本发明实施例的易失性机电存储器件的透视图； 图3A是用于执行图2和图7中的单位存储单元实施例的编程、写、擦除 和读操作而施加的电压的示例表；图3B是作为施加到位线V肌的电压电平 和施加到写字线VWWL的电压电平之间的施加的电压差的函数的过渡电极 (transition electrode )的状态的曲线图；图4A和图4B是对于图2中的易失性机电存储器件实施例的第一状态下 的存储单元和第一状态下的存储单元的读操作的透视图；图5A和图5B是对于图2中的易失性机电存储器件实施例的第二状态下 的存储单元和第二状态下的存储单元的读操作的透视图；图6A至图6I是用于形成根据本发明实施例的易失性机电存储器件的方 法的透一见图；图7是根据本发明实施例的非易失性机电存储器件的透视图；图8A和图8B是对于图7的非易失性机电存储器件实施例的第一状态下 的存储单元和第一状态下的存储单元的读操作的透视图；图9A和图9B是对于图7的非易失性机电存储器件实施例的第二状态下 的存储单元和第二状态下的存储单元的的读操作透#见图；图10是用于形成根据本发明实施例的非易失性机电存储器件的方法的 透视图；图11是根据本发明实施例的堆叠的存储器件的透视剖面图，在该堆叠的 存储器件中，器件的层形成在位于包括机电存储单元的层下面的器件层上； 图12是根据本发明实施例的非易失性机电存储器件的透视图； 图13A至图13E是根据本发明实施例的形成图12中的非易失性机电存
储器件的方法的透视图；图14是根据本发明实施例的被写入以包含状态信息的图12中的非易失 性机电存储器件的存储单元的透视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图来更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了 本发明的优选实施例。然而，本发明可以以不同的方式来实施，而不应该被 理解为限于这里阐述的实施例。在整个说明书中，相同的标号表示相同的元件。应该理解的是，虽然术语"第一"、"第二"等在这里用来描述不同的元件， 但是这些不应该受这些术语限制。这些术语用来将一个元件与另一个元件区 分开。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称作第二元 件，类似地，第二元件可以-故称作第一元件。如这里所z使用的，术语"和/或，， 包括一个或多个相关所列项的任意和全部组合。应该理解的是，当元件被称作在另 一元件上或者连接或结合到另 一元件 时，它可以直接在另一元件上或者直接连接或结合到另一元件，或者可以存 在中间元件。相反，当元件被称作直接在另一元件上，或者直接连接或直接 結合到另一元件时，不存在中间元件。用来描述元件之间的关系的其它词语 应该以类似的方式来理解(例如，"在...之间"与"直接在...之间"，"相邻，，与"直 接相邻，，等)。当元件在这里被称作在另一元件上方时，它可以在另一元件上 方或下方，可以直接结合到另一元件或者可存在中间元件，或者元件可分隔 开空隙或间隙。如这里所使用的，术语"字线结构"可包括导电的字线自身， 或者包括导电字线和对应的电荷捕获结构，或者与字线相关的附加的结构或 组件。这里使用的术语是出于描述特定实施例的目的，而不意在成为本发明的 限制。如这里所使用的，除非上下文清楚地指出，否则单数形式也意在包括 复数形式。还应该理解的是，术语"包括"和/或"包含"当在这里使用时，其表 明所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或 多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。如这里所使用的术语"横向"当称作各种组件的延伸的第一方向和第二方 向时指除了彼此平行之外的延伸的相对方向，包括例如相对于彼此的任何角
度(包括90度)。正在开发的下一代的新兴技术致力于解决与当前的闪存平台相关的限制。Jaiprakash等人的第2004/0181630号美国专利申请7>开公开了 一个这类 的设计，其内容通过引用公开于此。图1是引用的Jaiprakash等人公开的这 类器件的示例性实施例的剖视图。参照图1，该系统依靠如机械开关操作的柔性结构(flexible fabric ) 54, 该柔性结构54悬于第一电极68和第二电极12之间的间隙74中。可将结构 54相对于电极68和12的位置编程为"提供数据状态"，使得器件如开关般可 操作。柔性结构54由制造成本高的碳纳米管材料形成，且在半导体制造工艺 中难以控制这种材料的精确布置。此外，该器件不容易制造成密集的单元阵 列，因此，其对低成本、高密度的半导体器件的应用有点受到限制。如这里所示出的本发明的实施例提供了机电存储器件及这类器件的形成 方法，其中，在其它特征中，该机电存储器件提供了高密度存储、低压编程 和擦除电压、高速操作、增强的数据保持和高寿命。通过库伦力(Coulomb force)而不是通过电子穿隧(electron tunneling)来确保数据保持(data retention )。这样使得寿命更长，且数据保持更长更可靠。此外，器件的进一 步集成不受短沟道效应或者击穿电压降低的限制。另外，由于编程/擦除循环 不取决于栅极绝缘材料的特性，因此经过重复的编程/擦除循环器件的寿命仍 然保持。此外，因为单元数据状态被机械地而不是电地确定，所以减轻或消 除了单元间的干扰。利用标准的制造技术，可以使用相对简单的制造工艺来 形成器件。图2是根据本发明实施例的易失性机电存储器件的透视图。 参照图2，单位存储单元105包括在这里被称作"写电极"的第一电极110、 在这里被称作"读电极"的第二电极112和在这里被称作"过渡电极"的第三电 极136。写电极110和读电极112位于基底IOO上，并都通过第一绝缘层101 与基底100绝缘。写电极110和读电极112通过形成在其间的沟槽116彼此 分隔开。第二绝缘层104位于写电极110和读电极112的后侧，导电的过渡电极 端子132位于第二绝缘层104上。过渡电极端子132悬于沟槽116上方，并 通过凹槽133与写电极110和读电极112隔开，其中，在过渡电极端子132 的下侧与写电极110和读电极112的顶表面之间，凹槽133形成在过渡电极
端子132中。过渡电极136悬于写电极IIO和读电极112之间的沟槽116中，沿水平 方向与写电极110隔开第一间隙118A并沿水平方向与读电极112隔开第二间 隙118B。过渡电极136包括第一端135A和第二端135B,其中，第一端135A 固定到并电连接到过渡电极端子132的下侧，第二端135B悬于写电极110 和读电极112之间的沟槽116中。在图2中示出的示例性实施例中，存储单元105可包含在存储器件的存 储单元阵列中，在该阵列中，写电极IIO连接到该器件的写字线，读电极112 连接到该器件的读字线，过渡电极136和对应的过渡电极端子132连接到该 器件的位线。位线的行在基底上沿着第一方向延伸，读字线和写字线的列在 基底上沿着第二方向延伸，延伸的第二方向垂直于延伸的第一方向。以这种 方式，位线与写字线和读字线彼此交叉，且每个交叉点与器件的存储单元105 对应。在一个实施例中，沿延伸的第二方向彼此相邻的单位存储单元105共用 公共的读字线和写字线，沿延伸的第一方向彼此相邻的单位存储单元105共 用公共的位线。在图2中示出的实施例中，过渡电极136悬于写电4及110和读电极112 间的第一间隙118A和第二间隙118B之间的位置中，并由弹性可变形的材料 形成，以可移动地穿过第一间隙118A和第二间隙118B。通过控制过渡电极 136在间隙118A和118B中的位置，可以使过渡电极136例如在接合位置 (engaged position )与写电极110的侧面接触或者与读电极112的侧面接触， 或者可以使过渡电极136在静止(rest)位置悬于写电极110和读电极112之 间，而不与写电极110或读电极112接触。通过控制施加到与过渡电极136 连接的位线以及施加到与写电极110和读电极112分别连接的单独的写字线 和读字线的对应电压的电压电平，可以对图2中示出的易失性机电存储单元 实施例执行每个存储单元105的写操作和读操作，且可以对图7中示出的非 易失性机电存储单元实施例执行每个存储单元105的编程操作、擦除操作、 写操作和读操作，如将在下面详细描述的。例如，通过向与写电极110连接 的写字线施加适当的电压电平，通过向与读电极112连接的读字线施加适当 的电压电平，并通过向与过渡电极端子132连接的位线施加适当的电压，存储单元105的状态可以;故写成"r的状态或"o"的状态。随后，通过向与过渡 电极136连接的位线、与读电极112连接的读字线施加适当的电压电平，可 以执行存储单元105的状态的读操作，如将在下面详细描述的。图3A是施加的用于对图2和图7中的单位存储单元实施例或图12中的 器件阵列实施例执行读、写、编程和擦除操作的电压的示例性表格。图3B是 对于图7中的非易失性存储单元实施例的作为施加到位线Vs/l的电压电平和 施加到写字线VWWL的电压电平之间的施加的电压差的函数的过渡电极236 的状态的曲线图。关于图3A,在写入"O"状态的情况下，过渡电极136、 236位于与写电极 110、 210接触的位置。在如下面所述的图5A和图9A中示出了这种状态。为 了使之可行，使得与过渡电极136、 236连接的位线V肌和连接到写电极110、 220的写字线VwwL之间的电压差为正值。例如，VB/L=2V， VWWL=-2V。包括 与读电极112、 212连接的所选择的读字线和任何未选择的位线、读字线和写 字线的其它线处于接地状态或悬浮状态。在这个示例中，接通状态(pull-in state)的阈值电压是4伏，其中，接通指过渡电极136、 236与写电极110、 210接触的过渡电极136、 236的位置。在写入'T，状态的情况下，过渡电极136、 236在写电极110、 210和读电 极112、 212之间位于悬浮于间隙118A、 118B、 218A和218B的位置。这种 状态在如下面描述的图4A和图8A中示出。为了使之可行，使得与过渡电极 136、 236连接的位线VB,l和连接到写电极110， 220的所选l^的写字线VWWL 之间的电压差是小的正值或小的负值。例如，VB/L=2V， VWW1=0V。包括与读 电极112、 212连接的所选择的读字线和任何未选择的位线、读字线和写字线 的其它线处于接地状态或悬浮状态。在这种情况下，施加的静电力的方向是 从写电极IIO、 210到过渡电极136、 236的方向，这将过渡电极136、 236从 其先前的位置回复到在写电极110、 210和读电极112、 212之间的间隙118A、 118B、 218A和218B中的悬浮状态，所述先前的位置可以包括与写电极110、 210接触的位置。从而，施加的静电力的回复力(restoring force )克服了在与 所选择的位线连接的过渡电极136、 236和与所选择的写字线连接的写电极 110、 210之间的静电力或库仑力。编程操作可应用于图7至图10中的非易失性机电存储单元。在进行编程 操作的情况下，所有的存储单元205处于"0"状态，即，器件中所有的过渡电 极236位于与对应的写电极210接触的位置。为了使之可行，使得基底Vsub
和所有的写字线VWWL之间的电压差是大的正值。例如，VSUB=~10V， VWWL= -10V。以这种方式，施加的静电力使得电子被捕获在对应的电荷捕获结构228A的电荷捕获层222A中，过渡电极236由于过渡电才及236与位于写 电极210下面的电荷捕获结构228A之间的引力而保持在弯曲位置。参照图 3A中的表格，在这个示例中，在进行编程才喿作的过程中，基底VsuB的电压 被设置为用"++"表示的大的正值，与写电极210连接的写字线VwwL的电压 被设置为用"-"表示的大的负值，且与读电极212连接的读字线的电压VRWL 和与过渡电极236连接的位线的电压V肌被设置成中间值比如地电压GND。擦除操作可以应用于图7至图10中的非易失性机电存储单元实施例。在 进行擦除操作的情况下，所有的存储单元205处于"0"状态下，即，器件中所 有的过渡电极236位于与对应的写电极210接触的位置。为了使之可行，使 得所有的写字线VwwL和位线V肌之间的电压差为负值。例如，VB/L=GND、 VRWL=GNDI VWWL="-，，，其中，"-，，表示中等大小的负电压。以这种方式，施 加的静电力使得过渡电极236与对应的写电极210接触。因此，编程操作和擦除操作都导致存储单元205处于"0"状态。这两个操 作之间的差别在于偏置电平(biasing level )。在编程操作中，施加大的偏压造 成能带弯曲，因此将在电荷捕获结构228A中发生Fowler-Nordheim穿隧，从 而将电子捕获在电荷捕获结构228A中。在擦除操作中，施加的偏压不足以 使得能带弯曲，这意味着先前捕获的电子不能从电荷捕获结构228A中流出。读操作既可应用于图4至图6中的易失性机电存储单元实施例又可应用 于图7至图10中的非易失性存储单元实施例。在进行读操作的情况下，与读 电极112、 212连接的所选择的读字线被偏置为中等大小的负电压"-",例如 -4V的VRWL，而包括与写电极IIO、 210连接的所选冲奪的写字线、与过渡电 极136、 236连接的所选择的位线以及未选择的位线、读字线和写字线的其它 线处于接地状态。这导致读电极112、 212和过渡电极136、 236之间的电压 差为正值，从而施加的静电力的方向是从过渡电极136、 236到读电极112、 212的方向，这导致过渡电极236根据过渡电极136、 236和读电极112、 212 之间的间隙的先前的状态沿着向着读电极112、 212的方向运动。如果过渡电 极136、 236先前处于数据"0"的状态，即处于与写电极IIO、 210接触的状态， 则过渡电极136、 236与读电极112、 212之间的间隙相对大。因此，过渡电 极136、 236的回复力结合的在过渡电极136、 236与读电极112、 212之间施
加的静电力，不足以克服过渡电极136、 236与写电极110、 210之间的库仑 引力。因此，如图5B和9B所示，过渡电极136、 236在读操作期间保持向 着写电极IIO、 210的弯曲位置，没有感测到电流，这导致读数据元件的值被 确定为"O"。另一方面，如果过渡电极136、 236先前处于数据'T，的状态，即， 处于悬浮于写电极IIO、 210和读电极112、 212之间的间隙的状态，则过渡 电极136、 236与读电极112、 212之间的间隙118B、 218B的距离相对小。 因此，在过渡电极136、 236和读电极112、 212之间施加的静电力足以使过 渡电极136、 236与读电极112、 212接触。由此，如图4B和图8B所示，过 渡电极136、 236在读操作期间位于向着读电极112、 212的弯曲位置，感测 到电流，这导致读数据元件的值被确定为'T，。图3B是作为施加到与过渡电极136、 236连接的位线VB/l的电压电平和 与写电极112、 212连接的写字线VwwL的电压电平之间的施加的电压差的函 数的过渡电极236的状态的曲线图。当电压差VB/l-VwwL正的量足够大时， 过渡电极136、 236移动以沿着向着写电极110、 210的方向偏斜，因此，过 渡电极136、 236和写电极110、 210之间的间隙TcAP变为0。足以导致这种 作用的施加的电压在图3B中被称作接通(pull-in)电压或VPU1X-IN。相反， 当电压差V肌-VwwL负的量足够大时，过渡电极136、 236移动以沿着向着读 电极112、 212的方向偏斜，因此在过渡电极136、 236和写电极110、 210之 间存在间隙TGAP。足以导致这种作用的施加的电压在图3B中^C称作未接通 (pull-out)电压或VPULL-0UT。在图3B中的曲线图中，VPULL-IN = VB/L —VWWL >0,而VPULL-0UT = VB/L-VWWL<0。注意到的是，这个曲线图应用于包括电 荷捕获结构228a的图7至图10的非易失性机电存储器件示例。例如在图2 和图4至图6的易失性机电存储器件实施例中不存在电荷捕获结构228a。Vpuix.out将位于0电压或小的正电压。在"0"和"1"的每个状态下，在反向偏置的电极之间存在库仑(或电 容性)力，在过渡电极136、 236的自然倾向(natural propensity)中存在恢 复力或回复力，用于使过渡电极136、 236其自身回复到静止位置。在其它因 素中，这种回复力与过渡电极材料的杨氏模量有关。图4A和图4B分别是对于图2中的易失性机电存储器件实施例的处于第 一状态的存储单元105和处于第一状态的存储单元105的读操作的透视图。参照图4A，作为写操作的结果，过渡电极处于静止位置，即，处于写电 极110和读电极112之间的悬浮位置，而不与写电极IIO或读电极112接合。为了实现这种状态，在过渡电极136和写电极110之间不存在大的偏置电压， 过渡电极136的回复力用于克服过渡电极136和写电极110之间的库仑力。 因此，过渡电极处于静止位置。在一个实施例中，过渡电极136的这个位置 与存储单元105的二进制状态"1"对应，然而，在另一实施例中，处于这样 的静止位置的过渡电极136可以同样被认为是与存储单元105的二进制状态 "0"对应。在如图4A所示的"1"状态下，过渡电极136位于距离读电极112适当 间隙的位置处，并保持在这个位置直到发生随后的写操作或读操作为止。在 进行存储单元105的随后的读操作的过程中，在读电极112和过渡电极136 之间施加电压电势，该电压电势足够大，从而使得过渡电极136从图4A中 的静止位置偏斜到如图4B所示的接合位置，由此，过渡电极136沿着穿过第 二间隙118B的方向弯曲，并使得过渡电极136与读电极112的侧面接触。在 过渡电极136与读电极112之间所存在的库仑引力的作用下，悬浮的过渡电 极136被沿着向着读电极112的方向拉起，直到过渡电极136和读电极112 接合。在这个接合的位置，在与读电极112连接的读字线和与过渡电极136 连接的位线之间产生电流。通过连接到器件的读字线的电流感测电路来感测 电流，这导致表示存储单元105的读取"1"状态的读操作。图5A和图5B分别是对于图2中的易失性机电存储器件实施例的处于第 二状态的存储单元105和处于第二状态的存储单元105的读操作的透视图。参照图5A，作为写操作的结果，过渡电极136处于接合位置，由此，过 渡电极136沿着使其与写电极110的侧面接触的方向弯曲。为了实现这种状 态，当例如在写操作的过程中过渡电极136被正偏置而写电极110被负偏置 时，因为作为偏压的结果而存在的库仑力克服了过渡电极136的回复力，所 以过渡电极136沿着使其接触写电极110的方向弯曲。在下面的图7至图10 的非易失性实施例中，当随后去除偏压后，例如当从器件去除电源时，因为 通过在位于写电极210下面的电荷捕获结构228A中捕获的电子而保持库仑 力，所以过渡电极236保持在弯曲位置，与写电极210接触。在一个实施例 中，过渡电极的这个位置与存储单元105的二进制状态"0"对应。然而，在 另 一 实施例中，处于这种弯曲位置的过渡电极可以同样地被认为是与存储单 元105的二进制状态"1"对应。
在如图5A中示出的"0"状态下，过渡电极136弯曲使得过渡电极136 与写电极110的侧面接触，并保持在这个位置直到发生随后的写操作或读操 作。在进行存储单元105的随后的读操作的过程中，在读电极112和过渡电 极136之间施加电压电势。用于读操作的电压电势被选择作为将足以使过渡 电极136从图4A中的静止位置偏斜到与读电极112的侧面接合的位置的电压 电势。然而，与过渡电极136的回复力结合的用于读操作的在读电极112和 过渡电极136之间施加的相对小的电压电势的大小，不足以克J良写电极110 和过渡电极136之间的库仑引力。结果，在进行处于图5A中示出的状态下 的存储单元105的读操作的过程中，过渡电极136保持在相同的位置，即保 持在与写电极110的侧面接合的位置。因此，在进^f亍读操作的过程中，当读 操作电压电势被施加到读电极112和过渡电极136时，因为处于弯曲位置的 过渡电极136没有操作使得读电极112和过渡电极136之间的电流通路被截 断，所以在与读电极112连接的读字线和与过渡电极136连接的位线之间没 有产生电流。没有如与器件的读字线连接的对应的电流感测电路检测的电流， 导致表示用于读取存储单元105的"0"状态的读操作。在下面的图7至图IO的非易失性存储单元实施例中，在对器件进行初始 编程的情况下，高偏压(high-bias )条件提供了通过Fowler-Nordheim穿隧具 有电子穿隧的电荷捕获结构228A。由于被捕获的电子永久地占据电荷捕获结 构228A，所以不需要进一步的编程。因此，不需要进一步的高偏压操作。通 过将写电极210和过渡电极236适度偏置来实现"1"状态和"0"状态的转 变，中等大小的偏压电平不导致进一步的FowlerNordheim穿隧。结果，器件 在中等大小的功率电平下可操作，这导致高的能量效率。为了保证器件中精确可靠的编程、擦除、写和读操作，要考虑过渡电极136、 236的弹性、第一间隙和第二间隙118A、 118B、 218A和218B的宽度 以及施加的电压的大小和极性。例如，过渡电极136、 236的弹性至少部分取 决于过渡电极136、 236的长度、厚度和过渡电极136、 236的材料特性。第 一间隙和第二间隙118A、 118B、 218A和218B的宽度或距离影响过渡电极 136与读电极112、 212接合的位置和与写电极110、 210接合的位置之间的过 渡电极136的行进的量。间隙距离影响过渡电极136、 236在其不同的接合位 置和静止位置之间移动所需的电压电平。根据应用的需要，第一间隙和第二 间隙118A、 118B、 218A和218B的距离可以是相同的或不同的。过渡电极136、 236材料的弹性影响过渡电极136、 236的回弹性(resilience)和使过渡 电极136、 236回复到静止位置的倾向以及过渡电极136、 236经过多个循环 的写操作和读操作的寿命。此外，由于过渡电极136、 236〗又是以其第一端 135A、 235A连接而其第二端135B、 235B可自由移动，所以这样在所得器件 中提供了过渡电极136、 236的增大的灵活性和降低的操作电压。在这些因素 中的每个和其它因素中权衡将对操作速度、操作电压和最终器件的可靠性起作用。图6A至图61是形成根据本发明实施例的易失性机电存储器件的方法的透视图。参照图6A,在基底IOO上设置例如包含氧化硅的第一绝缘层101。基底 101可包含例如半导体材料(比如体硅(bulk silicon ))。可选才奪地，基底100 可包含绝缘体上硅(silicon-on-insulator, SOI)结构或涂敷到用于支撑的下面 的体结构的柔性绝缘层。如果基底100自身由绝缘材料形成，则在某些实施 例中，第一绝缘层101可以不是必需的。利用标准的光刻技术在基底100上形成第一初步电极层并将其图案化， 从而形成单片电路(monolithic )的第一初步电极结构102。初步电极结构102 的高度正好与过渡电极136的最终的长度对应，因此初步电才及结构102的高 度被选择性地确定。用于形成初步电极结构102的第一初步电极层可包含例 如导电材料(比如金、银、铜、铝、鴒、氮化钛、多晶硅或任何其它合适的 导电材料)，这些导电材料可以最终被图案化以形成单元105的写电极110和 读电极112。在一个实施例中，初步电极层包括导电金属层，比如WSi2或Al， 利用化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)工艺将所述导电金属层 形成为大约10nm-lfim的厚度。参照图6B,在所得结构和基底上设置第二绝缘层104,第二绝缘层104 被平坦化至初步电极结构102的顶表面102A的高度，使得第二绝缘层104 位于初步电极结构102的一侧。在一个示例中，第二绝缘层104包含例如利 用CVD工艺形成的氧化物，之后利用化学-机械抛光(CMP)将第二绝缘层 104平坦化。参照图6C,利用标准的CVD、光刻和蚀刻工艺在所得结构上设置第一 硬掩模图案(hard mask pattern) 106,根据标准的制造技术在第一硬掩模图案 106元件的侧壁形成侧壁分隔件108。相邻且相对的侧壁分隔件108之间所得
的空间限定了所得沟槽116的宽度。可以通过控制用于侧壁分隔件108的形成的蚀刻条件来调节侧壁分隔件108之间的空间。
参照图6D,在初步电极结构102中选择性地蚀刻出沟槽116以暴露第一 绝缘层101或基底100,由此将初步电极结构102分隔为第一电才及和第二电 极，在一个实施例中，第一电极和第二电极与存储单元的写电极110和读电 极112对应。利用侧壁分隔件108来形成沟槽116使得沟槽116形成为被控 的宽度，该被控的宽度小于在用于形成第一石更掩模图案的光刻工艺的分辨率 限制条件下可实现的间隔。在对沟槽116进行蚀刻之后，随后利用选择性的 湿蚀刻工序来去除第一硬掩模图案106和侧壁分隔件108。
参照图6E,在所得结构上形成牺牲层118并将其图案化，该牺牲层118 适形地涂覆写电极IIO、读电极112、第二绝^彖层104和沟槽116的内壁和底 面。利用CVD工艺由例如多晶硅、氮化物或氧化物来形成牺牲层118，这导 致在沟槽的侧壁上形成为大约3nm-50nm厚的具有分隔形状的结构 (spacer-shaped structure )。牺牲层ll8涂覆4旦不填充沟槽116,这导致在沟槽 116中限定出宽度减小的孔116A。牺牲层118的厚度限定孔116A的内部尺 寸，从而将限定随后将在孔116A中形成的过渡电极136的所纟寻的尺寸。
参照图6F,在所得结构上形成第二硬掩模层并将其图案化，所得的第二 硬掩模图案120填充孔116A,覆盖与写电极IIO和读电极112的上表面102A 对应的区域，并与第二绝缘层104的相邻的区i^叠置。利用CVD工艺由例如 氮化物来形成第二硬掩模层，并利用标准的光刻工艺来将其图案化。随后， 利用所得的第二硬掩模图案120作为蚀刻掩模来选择性地去除牺牲层122的 暴露的部分。
参照图6G，利用H2S04湿蚀刻工序从写电极IIO和读电极112的上表面 102A和孔116A去除第二硬掩模图案120。之后，将第二电极层124涂敷到 所得结构，填充了孔116A。第二电极层124可包括例如导电材料(比如金、 银、铜、铝、鹌、氮化钛、多晶硅或其它合适的导电材料)，这些导电材料可 以被图案化。第二电极层124还可包括通过上述的引用一皮包含的第 2004/0181630号美国申请7>开中7>开的纳米管结构类型。在一个实施例中， 第二电极层124包含TiN材料，第二电极层利用CVD来形成，^皮形成为其厚 度范围在大约5nm至大约50nm (在一个实施例中为20nm)之间，并利用在 图案化后被去除的多晶硅硬掩模来将其图案化。
参照图6H，在所得结构上形成第三硬掩模层并将其图案化，以形成在所得结构上沿着与在沟槽116的相对两侧的写电极IIO和读电才及112的排列垂 直的方向延伸的第三硬掩模图案126。第三硬掩模图案126用作掩模来图案 化下面的第二电极层124和第一图案化的牺牲层122。结果，限定了过渡电 极端子132，过渡电极端子132与孔116A中的过渡电极136连接。第三图案 化的牺牲层130保留在沟槽116中，在写电极IIO和读电极112的邻近的上 表面上以及第二绝缘层104的邻近的上表面上。
参照图61,从所得结构选择性地去除第三硬掩模图案126。利用湿蚀刻 工艺或化学干蚀刻(CDE)工艺来选择性地去除第三图案化的牺牲层130。 假设牺牲层130由多晶硅形成，那么可以使用对金属材料具有高选择性的包 括HN03的湿蚀刻剂。第三图案化的牺牲层130的去除形成所得的过渡电极 136与对应的写电极110和读电极112之间的第一间隙118A和第二间隙 118B,侵蚀掉(undermine)过渡电极端子132和过渡电极136之间的连接区 域中过渡电极端子132下面的区域。结果，过渡电极136被悬浮在写电极110 和读电极112之间的沟槽116中且在沟槽116中可自由移动，同时过渡电极 136与过渡电极端子132都与写电极110和读电极112隔离开。在过渡电极 136和写电极110之间形成第一间隙118A,在过渡电极136和读电极112之 间形成第二间隙118B。在过渡电极136和第一绝缘层101的上表面或基底100 的上表面之间还形成下间隙118C。以这种方式，因此，涂l丈的牺牲层118的 厚度限定所得的第一间隙118A和第二间隙118B以及所得的过渡电极136的 厚度。此外，写电极110和读电极112的高度限定所得的过渡电极136的长 度。
虽然以上结合图2和图4至图6A-6I描述了根据本发明的机电存储器件 的易失性实施例及其制造方法，但是本发明的原理同样可应用于非易失性存 储器件及其制造方法。在一个示例性实施例中，图7是根据本发明实施例的 机电非易失性存储器件的透视图。这个实施例的构造与上面结合图2和图4 至图6A-6I描述的易失性实施例的构造相近，然而，在本实施例中，分別在 基底200与写电极210和读电极212之间设置第一电荷捕获结构228A和第 二电荷捕获结构228B,以提供能够非易失数据保留的最终器件。
参照图7，单位存储单元205包括在这里称作"写电极"的第一电极210 和在这里称作"读电极"的第二电极212以及在这里称作"过渡电极"的第三电极236。写电极210和读电极212位于基底200上，并且通过对应的电 荷捕获结构228A和228B都与基底100绝缘。写电极210和对应的电荷捕获 结构228A与读电极212和对应的电荷捕获结构228B通过形成在其间的沟槽 216彼此分隔开。
电荷捕获结构228A和228B均包括合适的电荷捕获构造，该电荷捕获构 造包括例如多层的氧化物/氮化物/氧化物(ONO)结构，该多层的氧化物/氮 化物/氧化物(ONO)结构包括通过热氧化形成的隧道氧化层220A和220B、 通过化学气相沉积(CVD )形成的氮化层222A和222B以及通过CVD或原 子层沉积(ALD)形成的阻挡氧化层224A和224B。其它合适的电荷捕获结 构材料比如氧化物/氮化物/氧化铝(ONA)同样可应用于本发明实施例的器 件和形成方法。
在写电极210或读电极212与对应的电荷捕获结构228A和228B之间可 以存在可选的过渡层(transition layer )。可选的过渡层可用于4呆持隧道氧化层 220的合适的特性。
第二绝缘层204位于写电极210、读电4及212和电荷捕获结构228A、228B 的背面，导电的过渡电极端子232位于第二绝缘层204上。过渡电极端子232 悬于沟槽216之上，并通过凹槽233与写电才及210和读电极212隔离开，其 中，凹槽233在过渡电极端子232的下面与写电4及210和读电才及212的顶表 面之间形成在过渡电极端子232中。
过渡电极236悬于写电极210和读电极212和对应的电荷捕获结构228A 和228B之间的沟槽216中，并在水平方向上通过第一间隙218A与写电极210 和第一电荷捕获结构228A分隔开，在水平方向上通过第二间隙218B与读电 极212和第二电荷捕获结构228B分隔开。过渡电极236包4舌在写电极210 和读电极212之间的第一端235A和第二端235B,其中，第一端235A固定 于且电连接到过渡电极端子232的下面，第二端235B悬于沟才曹216中。
在图7的示例性实施例中，存储单元205可以包含在存储器件的存储单 元阵列中，在存储单元阵列中，写电极210连接到器件的写字线，读电极212 连接到器件的读字线，过渡电极236和对应的过渡电极端子232连接到器件 的位线。位线的行在基底上沿着第一方向延伸，读字线和写字线的列在基底 上沿着第二方向延伸，延伸的第二方向垂直于延伸的第一方向。以这种方式， 位线与读字线和写字线彼此交叉，各交叉点与器件的存储单元205对应。 在一个实施例中，在延伸的第二方向上彼此相邻的单位存储单元205共用公共的读字线和写字线，在延伸的第一方向上彼此相邻的单位存储单元205 共用公共的位线。在图7中示出的实施例中，过渡电极236在写电极210和读电极212之 间悬于第一间隙218A和第二间隙218B之间的位置中，并由弹性可变形的材 料形成，从而可以移动穿过第一间隙218A和第二间隙218B。通过控制过渡 电极236在间隙218A和218B中的位置，可以使过渡电极236在接合位置与 例如写电极210的侧面接触，或者与读电才及212的侧面接触，或者可以使过 渡电极236例如在静止位置悬于写电极210和读电极212之间而不与写电极 210或读电极212接触。通过控制施加到与过渡电极236连4妄的位线和施加 到分别与写电极210和读电极212连接的单独的写字线和读字线的电压的对 应的电压电平，可以执行每个存储单元205的编程、擦除、写和读操作，如 将在下面详细描述的。例如，通过向与写电极210连接的写字线施加适当的 电压电平和通过向与读电极212连接的读字线施加适当的电压电平，可以将 存储单元205的状态写成"0"状态或"1"状态。随后，通过向与过渡电极 236连接的位线和与读电极212连接的读字线施加适当的电压电平，可以执 行读取存储单元205的状态的操作，如将在下面详细描述的。图8A和图8B是对于图7中的非易失性机电存储器件实施例的处于第一 状态的存储单元和处于第一状态的存储单元的读操作的透视图。参照图8A,作为写操作的结果，过渡电极236处于静止4立置，即在写电 极210和读电极212之间的悬浮位置，而不与写电极210或只于应的第一电荷 捕获结构228A或者读电极212或对应的第二电荷捕获结构228B接合。为了 实现这种状态，在过渡电极236和写电极210之间不存在强的偏置电压，且 不存在第一捕获结构228A的库仑引力，过渡电极236的回复力用于克服过 渡电极236和写电极210之间的库仑力。因此，过渡电极236处于静止位置。 在一个实施例中，过渡电极236的这个位置与存储单元205的二进制状态"l" 对应。然而，在另一实施例中，处于这种静止位置的过渡电才及236可以同样 被认为与存储单元205的二进制状态"0"对应。在如图8A中所示的"1"状态，以非易失性的方式，过渡电极236位于 与读电极212距离适当的间隙的位置，并保持在这个位置，直到发生随后的 擦除、编程、写操作或读操作。在进行存储单元205随后的读4喿作的过程中， 在读电极212和过渡电极236之间施加电压电势，该电压电势的大小足以使 得过渡电极236从图8A中的静止位置偏斜到如图8B中示出的接合位置，由 此，过渡电极236在穿过第二间隙218B的方向上弯曲，使得过渡电极236 与读电极212的侧面接触。在过渡电极236和读电极212之间存在的库仑引 力，悬浮的过渡电极236被向着读电极212的方向拉起，直到过渡电极236 与读电极212接合为止。过渡电极236与读电极212的侧面接触，并可与第二电荷捕获结构228B 的阻挡氧化层224B的侧面接触。然而，过渡电极236的长度为避免与第二电 荷捕获结构228B的氮化层222B的侧面接触的长度，因为这种4妄触将会从氮 化层222B去除存储的电荷。在一个实施例中，通过在制造过程中控制沟槽 216的底部中的牺牲层118的厚度来确定过渡电极236的长度。在这个接合的位置，在与读电极212连接的读字线和与过渡电极236连 接的位线之间产生电流。通过与器件的读字线连接的电流感测电^各来感测电 流，这导致表示读取存储单元205的"1"状态的读操作。图9A和图9B是对于图7中的非易失性机电存储器件实施例的处于第二 状态的存储单元和处于第二状态的存储单元的读操作的透视图。参照图9A，作为写操作的结果，过渡电极236处于接合位置，由此，过 渡电极236沿着使其与写电极210的侧面及对应的电荷捕获结构228A的对 应的阻挡氧化层224A的侧面接触的方向弯曲。为了实现这种一犬态，当例如 在写操作的过程中过渡电极236被正偏置而写电极210被负偏置时，因为作 为偏压的结果而存在的库仑力克服了过渡电极236的回复力，所以过渡电极 236沿着使其接触写电极210的方向弯曲。当去除该偏压时，例如当从器件 去除电源时，因为通过写电极210下面的电荷捕获结构228中的电子而保持 库仑力，所以过渡电极236保持在与写电极210接触的弯曲位置。以这种状态，过渡电极236与写电极210的侧面接触，并可与第一电荷 捕获结构228A的阻挡氧化层224A的侧面接触。然而，过渡电极236的长度 为避免与第一电荷捕获结构228A的氮化层222A的侧面接触的长度，因为这 种接触将会从氮化层222A去除存储的电荷。如上所讨论的，在一个实施例 中，通过在制造过程中控制沟槽216的底部中的牺牲层118的厚度来确定过 渡电极236的长度。在一个实施例中，过渡电极236的这个位置与存储单元205的二进制状
态"0"对应。然而，在另一实施例中，处于这种弯曲位置的过渡电极236可以同样被认为与存储单元205的二进制状态"1"对应。在如图9A中示出的"0"的状态中，过渡电才及236弯曲^f吏4寻其与写电极 210的侧面接触并保持在这个位置，直到发生随后的擦除、写或编程操作为 止。在存储单元205随后的读操作中，在读电极212和过渡电才及236之间施 加电压电势。用于读操作的电压电势被选择作为其大小将足以使过渡电极236 从图8A中的静止位置偏斜到与读电极212的侧面接合的位置的电压电势。 然而，与过渡电极236的回复力结合的用于读操^乍的在读电才及212和过渡电 极236之间施加的相对小的电压电势的大小，不足以克服写电极210和过渡 电极236之间的引力。结果，在进行处于图9A中示出的状态下的存储单元 205的读操作的过程中，过渡电极236保持在相同的位置，即^f呆持在与写电 极210的侧面接合的位置。因此，在进行读操作的过程中，当读操作电压电 势施加到读电极212和过渡电极236时，因为处于弯曲位置的过渡电极236 没有操作使得读电极212和过渡电极236之间的电流通路^皮截断，所以在与 读电极212连接的读字线和与过渡电极236连接的位线之间-殳有产生电流。 没有如与器件的读字线连接的对应的电流感测电^各检测的电;充，导致表示用 于读取存储单元205的"0"状态的读操作。在对器件进行初始编程的情况下， 高偏压条件提供了通过Fowler-Nordheim穿隧具有电子穿隧的电荷捕获结构 228A。由于被捕获的电子永久地占据电荷捕获结构228A，所以不需要进一步 的编程。因此，不需要进一步的高偏压操作。通过将写电极210和过渡电极 236适度偏置来实现"1"状态和"0"状态的转变，中等大小的偏置电平不 导致进一步的Fowler ordheim穿隧。结果，器件在中等大小的功率电平下可 操作，这导致高的能量效率。图10是形成根据本发明实施例的非易失性机电存储器件的方法的透视图。参照图10,在基底200上i殳置电荷捕获层228。基底200可包含例如半 导体材料(比如体硅)。可选择地，基底200可包含绝缘体上石圭结构或涂敷到 用于支撑的下面的体结构上的柔性绝缘层。利用标准的光刻技术在电荷捕获层228上形成第一初步电才及层并将其图 案化，从而形成单片电路的第一初步电极结构202。初步电才及结构202的高 度正好与过渡电极236的最终的长度对应，因此初步电极结构202的高度被 选择性地确定。在一个实施例中，利用相同的光掩模(photomask)将初步电 极结构202和下面的电荷捕获层228同时图案化。在一个实施例中，电荷捕 获层228包括氧化物/氮化物/氧化物(ONO )层，该ONO层形成为对应的厚 度为大约10nm/20nm/10nm。在一个实施例中，ONO层包括通过热氧化形成 的隧道氧化层220、通过化学气相沉积(CVD)形成的氮化层222以及通过 CVD或原子层沉积(ALD)形成的阻挡氧化层224。其它合适的电荷捕获结 构材料比如氧化物/氮化物/氧化铝(ONA)同样可应用于本发明实施例的器 件和形成方法。根据图IO中示出的本方法形成非易失性存储器件并导致图7至图9中示 出的非易失性机电存储器件实施例的剩余的步骤，与上面描述的用于形成易 失性存储器件实施例的图6A-6I中的步骤相似，因此将不重复对本实施例的描述。图11是其中存储器件的层形成在下面的器件层上的堆叠的存储器件的 透视的剖面图。器件层301包括其上形成传统的晶体管器件303的基底300。 传统的晶体管器件303包括具有栅氧化物302、多晶硅栅304和4册覆盖层306 的栅结构。绝缘的分隔件308形成在栅结构307的侧壁，晶体管的源区和漏 区310从栅结构307的侧壁延伸地形成在基底中。层间介电层312形成在所 得结构上，并用作应用的存储单元层305的基体。包括存储单元的存储单元层305应用到所得结构上，在该实施例中存储 单元包括根据以上结合图7至图10描述的非易失性机电存储单元。根据以上 结合图IO和图6B至图6I描述的方法来形成存储单元。附加的器件层和/或 存储单元层可以形成在图11中示出的器件层301和存储单元层305的上面或 下面或之间。根据器件期望的应用，附加的存储单元层可包括非易失性机电 存储单元或易失性机电存储单元。以这种方式，可以形成包4舌器件层和至少 一个机电存储单元层的多层存储器件或堆叠的存储器件。至少一个机电存储 单元层可包括非易失性存储单元、易失性存储单元或包括非易失性机电存储 单元和易失性机电存储单元的多层。图12是根据本发明实施例的非易失性机电存储器件的透视图。在该实施 例中，将存储单元405的阵列布置成在基底400上沿着第一方向和第二方向 延伸。参照图12，阵列的单位存储单元405包括在这里称作写电极的第一电 极426a、在这里称作读电极的第二电极426b和在这里称作过〉度电极的第三电 极438A。写电极426a和读电极426b位于基底400上，并都通过对应的电荷 捕获结构428a、 428b与基底400绝缘。写电极426a和对应的电荷捕获结构彼此分隔开。电荷捕获结构428a、 428b都包括合适的电荷捕获构造，该电荷捕获构造 包括例如多层的氧/氮/氧(ONO )结构，该多层的氧化物/氮化物/氧化物(ONO ) 结构包括如以上结合图7中的描述形成的隧道氧化层420a和420b、氮化层 422a和422b以及阻挡氧化层424a和424b。其它合适的电荷捕获结构材料比 如氧化物/氮化物/氧化铝(ONA)同样可应用于本发明实施例的器件和形成 方法。第二绝缘层412位于写电极426a和读电极426b以及电荷捕获结构428a 和428b的背部，导电的过渡电极438A的端子位于第二绝纟彖层412上。过渡 电极438A的端子悬于沟槽430A上方，并通过凹槽与写电才及426a和读电极 426b隔开，其中，凹槽在过渡电极端子的下部与写电极和读电极的顶表面之 间形成在过渡电极端子中，如上面结合图2和图7中的实施例描述的。以与结合用于易失性实施例的图2和用于非易失性实施例的图7描述的 相同的方式，过渡电极438A、 438B悬于沟槽430A、 430B中。第三绝缘层 440涂覆到所得结构的顶面，设置导电塞442以使其与写电极426a、 426c接 触，设置导电塞444以使其与读电极426b接触。写字线448A、 448B位于第 三绝缘层440上并沿着延伸的第一方向501延伸。写字线448A、 448B利用 对应的塞442与下面的写电极426a、 426c接触。读字线446A、 446B也位于 第三绝缘层440上并沿着延伸的第一方向501延伸。读字线446A、 446B利 用对应的塞444与下面的读电极426b接触。在图7的示例性实施例中，存储单元205包含在存储器件的存储单元阵 列中。存储单元在基底上沿着第一水平方向501和第二水平方向503布置， 如所示出的。在第一方向501上，各相邻的存储单元405包括第一写电极426a、 共用的读电极426b和第二写电极426c。共用的读电极426b净皮第 一写电极426a 和第二写电极426c以及对应的第一过渡电极438A和第二过渡电极438B共 用，以提供双位(dual-bit)构造。沿着第二方向相邻的存^诸单元405通过第 二绝缘层412 4皮此隔离开。在图12中示出的阵列中，第一写电极426a连接到器件的写字线448A，
读电极426b连接到器件的读字线446A，第一过渡电极438A连接到器件的第 一位线436A,第二过渡电极438B连接到器件的第二位线436B。位线436A、 436B的行在基底400上沿着第二方向503延伸，读字线446A和写字线446B 的列在基底上沿着第一方向501延伸，延伸的第二方向垂直于延伸的第一方 向。以这种方式，位线436A、 436B与读字线446A、 446B和写字线448A、 448B彼此交叉，各交叉点与器件的存储单元405对应。沿着延伸的第一方向 501彼此相邻的单位存储单元405共用公共的读字线446A和写字线448A, 沿着延伸的第二方向503彼此相邻的单位存储单元405共用7>共的位线 436A、 436B。如在上面的实施例中描述的，在图12中示出的实施例中，可以控制过渡 电极438A、 438B的位置，以使其例如在接合位置与第一写电才及426a和第二 写电极426c的侧面或读电极426b的侧面接触，或者可以使其例力。在静止位 置在写电极426a、 426b和读电极426c之间悬于沟槽430A、 430B中，而不 于写电极426a、 426b和读电极426c彼此接触。通过控制施加到与过渡电极 438A、 438B的位线436A、 436B和施加到分别与写电极426a、 426b和读电 极426c连接的单独的写字线448A、 448B和读字线446A、 446B的电压的对 应的电压电平，可以执行各存储单元405的编程、擦除、写和读才喿作，如上面戶斤ii的。图13A至图13E是根据本发明实施例的用于形成图12中示出的类型的 非易失性存储器件阵列的方法的透一见图。参照图13A，在基底400上设置电荷捕获层404、 406和408。基底400 可包括例如适于形成器件基底的如上所述的任何材料，或者其它基底材料。利用标准的光刻技术在电荷捕获层上形成第 一初步电极层并将其图案 化，以形成均沿着第一方向延伸的单片电路的第一初步电极结构410的阵列， 如上面结合图10和图6A描述的。第二隔离层412设置在各第一初步电极结 构410之间。以上面结合图6C描述的方式，在所得结构上设置第一硬掩模图 案414和侧壁分隔件416,第一硬掩模图案414和侧壁分隔件416的图案沿 着延伸的第二方向延伸。参照图13B,以上面结合图6D描述的方式，在初步电极结^勾中选"t奪性地 蚀刻沟槽430。以这种方式，隔离的写电极428a和读电极428b由初步电极结 构形成。
参照图13C，以上面结合图6E描述的方式，牺牲层432形成在所得结构 上并被图案化，这导致在沟槽中形成宽度减小的孔430。参照图13D,执行上面结合图6F、图6G和图6H描述的步骤，这些步 骤导致形成过渡电极438A、 438B和对应的位线436A、 436B。参照图13E,利用例如CVD和CMP工艺，在所得结构上形成第三绝缘 层440。之后，写字线448A、 448B和读字线446A、 446B形成在第三绝缘层 上并被图案化，以利用居间相齐的塞(inter-level plug) 444、 442与下面的写 电极426a、 426c和读电极426b电连接，这导致上面结合图12描述和示出的 存储器件阵列结构。图14是根据本发明实施例的被写成包含状态信息的图12中的非易失性 机电存储器件阵列的存储单元的透视图。在这个实施例中，第一过渡电极 438A处于与第一写电极426a接合的位置，作为写操作的结果。这与结合图 9A和图9B的实施例描述的"0"状态对应。此外，在这个实施例中，第二过 渡电极438B处于与第二写电极426c接合的位置，作为写操作的结果。这与 结合图9A和图9B的实施例描述的"0"状态对应。读电4及426可用于同时 读取共用读电极的第一过渡电极438A和第二过渡电极438B的状态，从而利 用单个的读电极来提供两位的信息(在这个情况下是"0"和"0")。在其它实施例中，读电极和写电极的对可以被构造为存储位的信息，使 得可以单独地存取各位的状态，其中，每对读电极和写电才及具有专用的对应的过渡电极。以这种方式，描述了提出的解决和消除了传统器件的上述限制的机电存 储器件及其制造方法的实施例。具体地讲，本发明的实施例^提供了在其它特 征中的实现高密度存储、低电压编程和低擦除电压、高速操作、增强的数据 保持和高的长期耐久性的机电存储器件及形成这类器件的方法。本发明的实 施例可应用于非易失性和易失性存储器件才莫式，并可被构造为堆叠的布置和 构造在器件的阵列中。虽然已经参照本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明的实施例， 但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离如权利要求限定的本发明的精神 和范围的情况下，可以对本发明的形式和细节做各种变化。
权利要求
1、 一种存储器件，包括 基底；第一电极，在相对于基底的垂直方向上延伸；第二电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电才及通过电极间隙与 第一电极分隔开；第三电极，在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三电才及通过第一间隙与 第一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分隔开，第三电极可弹 性地变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电极电 连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连接，并在静止位置与第 一电极和第二电极隔离。
2、 如权利要求1所述的存储器件，其中，第一电极和第二电极沿第一方 向通过电极间隙彼此分隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与第 一电极和第二电极相邻的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。
3、 如权利要求1所述的存储器件，其中，第一电极与器件的第一字线连 接，其中，第二电极与器件的第二字线连接，其中，第三电极与器件的位线 连接。
4、 如权利要求3所述的存储器件，其中，第一字线包括器件的写字线， 其中，第二字线包括器件的读字线。
5、 如权利要求1所述的存储器件，其中，第三电极包括弹性可变形材料。
6、 如权利要求5所述的存储器件，其中，第三电极包括从由金、银、铜、 铝、鴒、TiN、导电金属组成的组中选择的至少一种材料。
7、 如权利要求1所述的存储器件，其中，第一电极和第二电极均包括导 体，其中，存储器件包括易失性存储器件。
8、 如权利要求1所述的存储器件，还包括基底和第一电极之间的电荷捕 获结构，其中，存储器件包括非易失性存储器件。
9、 如权利要求8所述的存储器件，其中，在第一弯曲位置，第三电极与 第一电极的电荷捕获结构容性耦合。
10、 如权利要求8所述的存储器件，其中，电荷捕获结构包括从由氧化 物-氮化物-氧化物结构和氧化物-氮化物-氧化铝结构组成的组中选择的结构。
11、 如权利要求8所述的存储器件，其中，第一电极包括写电极，其中， 第二电极包括读电极，其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三 电极之间施加第一电压电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止 位置中的一个。
12、 如权利要求11所述的存储器件，其中，在导致第三电极位于与写电 极接触的弯曲位置的存储器件的第 一 状态的写操作的过程中，响应在写电极 和第三电极之间的第一电压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触， 其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电 荷捕获结构中捕获了电荷，所以第三电极保持在弯曲位置。
13、 如权利要求12所述的存储器件，其中，在处于第一状态的存储器件 的读操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用 了第二电压电势，读操作导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置 时的第一状态。
14、 如权利要求11所述的存储器件，其中，在导致第三电极位于静止位 置的存储器装置的第二状态的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第一 电压电势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三 电极之间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。
15、 如权利要求14所述的存储器件，其中，在处于第二状态的存储器件 的读操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用 了第二电压电势，读操作导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时 的第二状态。
16、 一种形成存储器件的方法，包括 提供在相对于基底的垂直方向上延伸的第一电极； 提供在相对于基底的垂直方向上延伸的第二电极，第二电极通过电极间隙与第一电极分隔开；提供在电极间隙中沿着垂直放向延伸的第三电极，第三电极通过第 一 间 隙与第一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分隔开，第三电极 可弹性地变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电 极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连4^，并在静止位置 与第一电极和第二电极隔离。
17、 如权利要求16所述的方法，其中，第一电极和第二电极沿第一方向 通过电极间隙彼此分隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向提供与 第一电极和第二电极相邻的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。
18、 如权利要求16所述的方法，还包括将第一电极与器件的第一字线连 接，将第二电极与器件的第二字线连接，将第三电极与器件的位线连接。
19、 如权利要求18所述的方法，其中，第一字线包括器件的写字线，其 中，第二字线包括器件的读字线。
20、 如权利要求16所述的方法，其中，第三电极包括弹性可变形材料。
21、 如权利要求20所述的方法，其中，第三电极包括从由金、银、铜、 铝、鴒、TiN、导电金属组成的组中选择的至少一种材料。
22、 如权利要求16所述的方法，其中，第一电极和第二电极均包括导体， 其中，存储器件包括易失性存储器件。
23、 如权利要求16所述的方法，还包括在基底和第一电极之间提供电荷 捕获结构，其中，存储器件包括非易失性存储器件。
24、 如权利要求23所述的方法，其中，在第一弯曲位置，第三电极与第 一电极的电荷捕获结构容性耦合。
25、 如权利要求23所述的方法，其中，电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物结构和氧化物-氮化物-氧化铝结构组成的组中选择的结构。
26、 如权利要求23所述的方法，其中，第一电极包括写电极，其中，第 二电极包括读电极，其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三电 极之间施加第 一 电压电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位 置中的一个。
27、 如权利要求26所述的方法，其中，在导致第三电极位于与写电极接 触的弯曲位置的存储器件的第 一 状态的写操作的过程中，响应在写电极和第 三电极之间的第一电压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其 中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电荷 捕获结构中捕获了电荷，所以第三电极保持在弯曲位置。
28、 如权利要求27所述的方法，其中，在处于第一状态的存储器件的读 操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第 二电压电势，读操作导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的 第一状态。
29、 如权利要求26所述的方法，其中，在导致第三电^l位于静止位置的 存储器件的第二状态的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第 一 电压电 势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之 间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。
30、 如权利要求29所述的方法，其中，在处于第二状态的存储器件的读 操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第 二电压电势，读操作导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。
31、 一种形成存储器件的方法，包括在基底上设置第一电极和第二电极，第一电极和第二电4及通过间隙分隔开；在间隙中设置牺牲层；在间隙中的牺牲层上设置第三电极，第三电极通过牺牲层与第 一 电极和 第二电极分隔开；去除牺牲层，以形成第三电极和第一电极之间的第一间隙，并形成在第 三电极和第二电极之间的第二间隙。
32、 如权利要求31所述的方法，其中，第三电极可弹性地变形，使得第 三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电极电连接，穿过第二间 隙在第二弯曲位置与第二电极电连接，并在静止位置与第一电极和第二电极 隔离。
33、 如权利要求32所述的方法，还包括在基底和第一电极之间设置电荷 捕获结构，其中，存储器件包括非易失性存储器件。
34、 如权利要求33所述的方法，其中，在第一弯曲位置，第三电极与第 一电极的电荷捕获结构容性耦合。
35、 如权利要求33所述的方法，其中，电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物结构和氧化物-氮化物-氧化铝结构组成的组中选择的结构。
36、 如权利要求33所述的方法，其中，第一电极包括写电极，其中，第 二电极包括读电极，其中，在存储器件的写操作中，通过在写电极和第三电 极之间施加第一电压电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位 置中的一个。
37、 如权利要求36所述的方法，其中，在导致第三电极位于与写电极接 触的弯曲位置的存储器件的第 一 状态的写操作的过程中，响应在写电极和第 三电极之间的第一电压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触，其 中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电荷 捕获结构中捕获了电荷，所以第三电极保持在弯曲位置。
38、 如权利要求37所述的方法，其中，在处于第一状态的存储器件的读 操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第 二电压电势，读操作导致确定第三电极保持在与写电极接触的弯曲位置时的第一状态。
39、 如权利要求36所述的方法，其中，在导致第三电极位于静止位置的 存储器件的第二状态的写操作中，响应写电极和第三电极之间的第 一电压电 势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和第三电极之 间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。
40、 如权利要求39所述的方法，其中，在处于第二状态的存储器件的读 操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用了第 二电压电势，读操作导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时的第 二状态。
41、 如权利要求31所述的方法，还包括将第一电极与器件的第一字线连 接，将第二电极与器件的第二字线连接，将第三电极与器件的位线连接。
42、 如权利要求41所述的方法，其中，第一字线包括器件的写字线，其 中，第二字线包括器件的读字线。
43、 如权利要求31所述的方法，其中，第三电极包括弹性可变形材料。
44、 如权利要求43所述的方法，其中，第三电极包括从由金、银、铜、 铝、钩、TiN、导电金属组成的组中选择的至少一种材料。
45、 如权利要求31所述的方法，其中，第一电极和第二电极均包括导体， 其中，存储器件包括易失性存储器件。
46、 如权利要求31所述的方法，其中，在基底上设置第一电极和第二电 极，包括在基底上设置电极层； 在基底上设置与电极层相邻的介电层；在电极层中设置第一开口 ，以形成通过间隙彼此隔开的第一电极和第二 电极，其中，第三电极由介电层支撑。
47、 如权利要求31所述的方法，在间隙中设置牺牲层减小了间隙的宽度，其中，在间隙中的牺牲层上设置第三电极提供了在宽度减小的开口中的第三 电极，使得当去除牺牲层时，第三电极分别通过第一间隙和第二间隙与第一 电极和第二电极分隔开。
48、 一种堆叠的存储器件，包括 第一器件层，包括晶体管器件的阵列；第二器件层，包括存储器件的阵列，第一器件层和第二器件层相对于彼 此垂直地布置，其中，阵列中的存储器件均包括第一电极，在相对于基底的垂直方向上延伸；第二电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电极通过电极间 隙与第一电极分隔开；第三电极，在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三电极通过第一间 隙与第一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分隔开，第三电极 可弹性地变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电 极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连接，并在静止位置 与第 一 电极和第二电极隔离。
49、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第一电极和第二电极沿第一方向通过电极间隙彼此分隔开，并还包括沿着垂 直于第一方向的第二方向与第一电极和第二电极相邻的介电层，其中，第三 电极由介电层支撑。
50、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第一电极与器件的第一字线连接，其中，第二电极与器件的第二字线连接。
51、 如权利要求50所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第三电极与器件的位线连接。
52、 如权利要求50所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第一字线包括器件的写字线，其中，第二字线包括器件的读字线。
53、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第三电极包括弹性可变形材料。
54、 如权利要求53所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第三电极包括从由金、银、铜、铝、钨、TiN、导电金属组成的组中选择的至 少一种材料。
55、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储器件中， 第一电极和第二电极均包括导体，其中，存储单元包括易失性存储器件。
56、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，每个存储单元还包括 在基底和第一电极之间的电荷捕获结构，其中，存储单元均包括非易失性存储器件。
57、 如权利要求56所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中， 在第一弯曲位置，第三电极与第一电极的电荷捕获结构容性耦合。
58、 如权利要求56所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中， 电荷捕获结构包括从由氧化物-氮化物-氧化物结构和氧化物-氮化物-氧化铝 结构组成的组中选择的结构。
59、 如权利要求56所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中， 第一电极包括写电极，其中，第二电极包括读电极，其中，在存储器件的写 操作中，通过在写电极和第三电极之间施加第一电压电势，第三电极位于与 写电极接触的弯曲位置和静止位置中的一个。
60、 如权利要求59所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中， 在导致第三电极位于与写电极接触的弯曲位置的存储器件的第一状态的写操 作的过程中，响应在写电极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极弯曲 成在弯曲位置与写电极接触，其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电 压电势时，由于在写电极的电荷捕获结构中捕获了电荷，所以第三电极保持 在弯曲位置。
61、 如权利要求60所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中，在处于第 一状态的存储器件的读操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用了第二电压电势，读操作导致确定第三电极保持 在与写电极接触的弯曲位置时的第一状态。
62、 如权利要求59所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中， 在导致第三电极位于静止位置的存储装置的第二状态的写操作中，响应写电 极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其 中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。
63、 如权利要求62所述的堆叠的存储器件，其中，在每个存储单元中， 在处于第二状态的存储器件的读操作中，在第三电极和读电极之间施加第二 电压电势，其中，由于应用了第二电压电势，读操作导致确定第三电极位于 与读电极接触的弯曲位置时的第二状态。
64、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，阵列中的存储单元是 非易失性存储单元。
65、 如权利要求48所述的堆叠的存储器件，其中，阵列中的存储单元是 易失性存储单元。
66、 一种非易失性存储器件，包括 基底；第一电荷捕获结构，在基底上；第一电极，在第一电荷捕获结构上，在相对于基底的垂直方向上延伸； 第二电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电极通过电极间隙与 第一电极分隔开；第三电极，在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三电极通过第一间隙与 第一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分隔开，第三电极可弹 性地变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电极电 连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连接，并在静止位置与第 一电极和第二电极隔离。
67、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第一电极和第二电 极沿第一方向通过电极间隙彼此分隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第 二方向与第一电极和第二电极相邻的介电层，其中，第三电极由介电层支撑。
68、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第一电极与器件的 第一字线连接，其中，第二电极与器件的第二字线连接，其中，第三电极与器件的位线连接。
69、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第一字线包括器件 的写字线，其中，第二字线包括器件的读字线。
70、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第三电极包括弹性 可变形材料。
71、 如权利要求70所述的非易失性存储器件，其中，第三电极包括从由 金、银、铜、铝、鴒、TiN、导电金属组成的组中选择的至少一种材料。
72、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第一电极和第二电 极均包括导体。
73、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，还包括基底和第二电极之 间的第二电荷捕获结构。
74、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，在第一弯曲位置， 第三电极与第 一电荷捕获结构容性耦合。
75、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第一电荷捕获结构 包括从由氧化物-氮化物-氧化物结构和氧化物-氮化物-氧化铝结构组成的组 中选择的结构。
76、 如权利要求66所述的非易失性存储器件，其中，第一电极包括写电 极，其中，第二电极包括读电极，其中，在存储器件的写操作中，通过在写 电极和第三电极之间施加第一电压电势，第三电极位于与写电极接触的弯曲 位置和静止位置中的一个。
77、 如权利要求76所述的非易失性存储器件，其中，在导致第三电极位 于与写电极接触的弯曲位置的存储器件的第一状态的写操作的过程中，响应 在写电极和第三电极之间的第一电压电势，第三电极弯曲成在弯曲位置与写 电极接触，其中，当去除写电极和第三电极之间的第一电压电势时，由于在 写电极的电荷捕获结构中捕获了电荷，所以第三电极保持在弯曲位置。
78、 如权利要求77所述的非易失性存储器件，其中，在处于第一状态的 存储器件的读操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中， 尽管应用了第二电压电势，读操作导致确定第三电极保持在与写电极接触的 弯曲位置时的第一状态。
79、 如权利要求76所述的非易失性存储器件，其中，在导致第三电极位 于静止位置的存储器装置的第二状态的写操作中，响应写电极和第三电极之 间的第一电压电势，第三电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电 极和第三电极之间的第一电压电势时，第三电极保持在静止位置。
80、 如权利要求79所述的存储器件，其中，在处于第二状态的存储器件 的读操作中，在第三电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用 了第二电压电势，读操作导致确定第三电极位于与读电极接触的弯曲位置时 的第二状态。
81、 一种存储器，包括 多个存储器件，每个存储器件包括写电极，在相对于基底的垂直方向上延伸； 读电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，读电极通过电4及间隙与写电极分隔开；过渡电极，在电极间隙中沿着垂直方向延伸，过渡电极通过第一间 隙与写电极分隔开，过渡电极通过第二间隙与读电极分隔开，过渡电极可弹 性地变形，使得过渡电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与写电极电连 接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与读电极电连接，并在静止位置与写电极 和读电才及隔离，多个存储器件在行方向上沿着多行且在列方向上沿着多列布置成阵列；多条位线，每条位线在基底上沿着列方向延伸，同一列的存储器件的过 渡电极连接到同一条位线；多条写字线，每条写字线在基底上沿着行方向延伸，同一行的存储器件 的写电极连接到同 一条写字线；多条读字线，每条读字线在基底上沿着行方向延伸，同一行的存储器件 的读电极连接到同 一条读字线。
82、 如权利要求81所述的存储器件，其中，写电极和读电极沿第一方向 通过电极间隙彼此分隔开，并还包括沿着垂直于第一方向的第二方向与写电 极和读电极相邻的介电层，其中，过渡电极由介电层支撑。
83、 如权利要求81所述的存储器件，其中，过渡电极包括弹性可变形材料。
84、 如权利要求83所述的存储器件，其中，过渡电极包括从由金、银、 铜、铝、钨、TiN、导电金属组成的组中选择的至少一种材料。
85、 如权利要求81所述的存储器件，其中，写电极和读电极均包括导体， 其中，存储器件包括易失性存储器件。
86、 如权利要求81所述的存储器件，还包括基底和写电极之间的电荷捕 获结构，其中，存储器件包括非易失性存储器件。
87、 如权利要求86所述的存储器件，其中，在第一弯曲位置，过渡电极 与写电极的电荷捕获结构容性耦合。
88、 如权利要求86所述的存储器件，其中，电荷捕获结构包括从由氧化 物-氮化物-氧化物结构和氧化物-氮化物-氧化铝结构组成的组中选择的结构。
89、 如权利要求86所述的存储器件，其中，在存储器件的写操作中，通 过在写电极和过渡电极之间施加第一电压电势，过渡电极位于与写电极接触的弯曲位置和静止位置中的一个。
90、 如权利要求89所述的存储器件，其中，在导致过渡电极位于与写电 极接触的弯曲位置的存储器件的第 一 状态的写操作的过程中，响应在写电极 和过渡电极之间的第一电压电势，过渡电极弯曲成在弯曲位置与写电极接触， 其中，当去除写电极和过渡电极之间的第一电压电势时，由于在写电极的电 荷捕获结构中捕获了电荷，所以过渡电极保持在弯曲位置。
91、 如权利要求90所述的存储器件，其中，在处于第一状态的存储器件 的读操作中，在过渡电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，尽管应用 了第二电压电势，读操作导致确定过渡电极保持在与写电极接触的弯曲位置 时的第一状态。
92、 如权利要求89所述的存储器件，其中，在导致过渡电极位于静止位 置的存储器件的第二状态的写操作中，响应写电极和过渡电极之间的第 一 电 压电势，过渡电极在静止位置与写电极隔离，其中，当去除写电极和过渡电 极之间的第一电压电势时，过渡电极保持在静止位置。
93、 如权利要求92所述的存储器件，其中，在处于第二状态的存储器件 的读操作中，在过渡电极和读电极之间施加第二电压电势，其中，由于应用 了第二电压电势，读操作导致确定过渡电极位于与读电极接触的弯曲位置时 的第二状态。
全文摘要
本发明提供了一种存储器件及形成存储器件的方法，该器件包括基底；第一电极，在相对于基底的垂直方向上延伸；第二电极，在相对于基底的垂直方向上延伸，第二电极通过电极间隙与第一电极分隔开。第三电极设置成在电极间隙中沿着垂直方向延伸，第三电极通过第一间隙与第一电极分隔开，第三电极通过第二间隙与第二电极分隔开，第三电极可弹性地变形，使得第三电极偏斜以穿过第一间隙在第一弯曲位置与第一电极电连接，穿过第二间隙在第二弯曲位置与第二电极电连接，并在静止位置与第一电极和第二电极隔离。
文档编号H01L23/532GK101123256SQ20071013901
公开日2008年2月13日 申请日期2007年7月20日 优先权日2006年8月10日
发明者尹恩贞, 李成泳, 金成玟, 金旻相 申请人:三星电子株式会社